醋酸乙烯合成的物料衡算

第五章醋酸乙烯合成的物料衡算5、1反应器的物料衡算设计要求：年产11万吨聚乙烯醇，产品平均聚合度为1795，生成产时间为每年330天。产品分子式为：CH2─CHOHnCH2─CHOCOCH3m由多品种聚乙烯醇质量指标(Q/OWAL001-1999)可得，PVA的聚合度为400～2800，本项目平均聚合度为1700，醇解度选取95%得：%95%1001700mnnnm解可得：m=85n=1615平均分子量：kmolkgOHCOHCMmnpvc/78372285861615442)()(26422产品产量hkmolFPVA/1611.07837224330101010783722433034年产量所需单体量hkmolFnmFPVCVAC/87.2731611.01700)(hthkgFMWPVCPVCVAC/55.23/82.2355287.27386工艺条件假设（数据参考马延贵.《聚乙烯醇生产技术》.纺织工业出版社.1988）：乙炔单程转化率%151X以乙炔计算的醋酸乙烯的选择性%901S醋酸转化率%352X以醋酸计算醋酸乙烯的选择性%12.962S乙醛收率%3106.01Y巴豆醛收率%0621.02Y则：乙炔收率%65.442686%5.13%5.1315.09.011ZpmMMYYXSY质量收率：摩尔收率：由方程式：VACHACHC22乙炔进料=htYWmVAC/74.52%65.4455.23根据反应器入口各组分的组成可计算总进料量52.74W109.4248.2%总依次计算其他组分进料数量如表5-1表5-1反应器的进料表出口组成计算由下列方程式计算22HC+HACVAC266086xy23.552COOHCH3OHCOCOCH2223)(12058441848.6935%-16.43mnp进料组成数量（t/h）组成（%Wt）乙炔10W52.7448.20醋酸20W48.6944.50醋酸乙烯30W2.462.25氮气40W3.453.15乙醛50W1.161.06巴豆醛60W0.150.14二氧化碳70W0.440.40水80W0.330.30丙酮90W0其它0合计109.4210022HC+OH2CHOCH31844z52.740.3106%由上述三个方程求：x=7.12t/hy=16.43t/hz=0.065m=0.29n=0.22p=0.092所以出口流量如下:1、22HC：htXWW/83.44%)151(74.52)1(110112、COOHCH3：htXWW/65.31%)351(69.48)1(220213、VAC：ht4、2N：htWW/45.340415、CHOCH3:htWYWW/34.116.1%3106.074.5250110516、CHOCHCHCH22:htWYWW/18.015.0%0621.074.5260210617、2CO:htWW/66.022.044.0n70718、OH2:htWW/36.0065.0092.033.0zp80819、其他:65.091Wt/h因此可得反应器的出料表，见表5-2.表5-2反应器的出料表进料组成数量（t/h）组成（%，W）乙炔44.8340.97醋酸31.6528.93醋酸乙烯26.0123.77氮3.453.15乙醛1.341.22巴豆醛0.180.16二氧化碳0.660.60水0.360.33丙酮0.290.27其它0.650.60合计109.421005、2分离器出口物料组成的衡算：由实验得分离器出口乙醛的汽相组成为90.7%，液相组成为9.3%那么乙醛汽相数量为1.3490.7%1.22，液相数量为1.349.3%0.12，其它组分数量为反应器出口数量。汽液分离器出的汽相组分部分放空，以保证2N不积累，其余大部分返回反应器与反应器进口的精乙炔混合循环使用。图5-1分离器物料衡算图由反应器的出口物料通过汽液分离器的计算，得表5-3汽相组程与表5-4液相组成。表5-3汽相组成组分数量th组成（%Wt）22CH44.8389.372N3.456.883CHCHO1.222.422CO0.661.32合计50.16100表5-4液相组成组分数量th组成（%Wt）32CHCO0.290.493CHCHO0.120.2346CHO0.180.30VAC26.0143.88HAC31.6553.450OCCH3CHOC3H6O、VACC4H6O、HAC、H2O100OC合成气180OC汽液分离器2HO0.360.6其他0.651.1合计59.2741005、3清洗工段物料衡算：汽液分离器出来的汽相组成清洗后，3CHCHO、22CH被解析。所以可得解析塔出口汽相组成表5-5。表5-5解析塔出口汽相组成组分数量th组成（%Wt）22CH44.8397.353CHCHO1.222.65合计46.05100汽液分离器出来的汽相组成清洗后，2N、2CO被吸收。所以可得吸收塔出口汽相组成表5-6。表5-6吸收塔出口汽相组成组分数量th组成（%Wt）2N3.4583.942CO0.6616.06合计4.111005、4乙炔净化工段物料衡算：5、4、1循环气物料平衡乙炔与醋酸为循环物料，由反应器的出口物料组成，可以得到乙炔与醋酸的物料组成，所以可到循环气物料平衡表5-7。表5-7循环气物料平衡表名称循环（th）进料（th）补充（th）乙炔44.8352.747.91醋酸31.6548.6917.045、4、2精乙炔物料组成的计算由出口参考资料聚乙烯醇生产技术33页可得，精乙炔的技术规格：表5-8精乙炔的技术规格序号项目单位指标1纯度%992磷化氢%0.00373硫化氢%0.00394比活性度s30汽液分离器汽相组分部分放空以保证氮气不累积，其余部分返回反应器进口与精乙炔混合使用。设循环气与放空气质量比为x，根据精乙炔技术规格要求表5-8，计算精乙炔组成：精乙炔量=7.91/99%=7.99t/h由循环气物料平衡表见表5-7与气液分离器出口汽相组成表5-3，可得：（0.66-0.66x+3.45-3.45x）=7.99-7.91x=0.9805二氧化碳的量为：0.66-0.660.9805=0.013氮气的量为：3.45-3.450.9805=0.067由此得，精乙炔组成如表5-9：表5-9所以精乙炔的组成见下表组分数量t/h组成（w%）乙炔7.9199.00二氧化碳0.0130.16氮气0.0670.84总计7.991005、4、3粗乙炔组成的计算由参考资料聚乙烯醇生产技术32页可得粗乙炔的技术规格：表5-10粗乙炔的技术规格序号项目单位指标合格勉强1乙炔含量%982磷化氢%0.050.103硫化氢%0.100.154压力（表压）mm水柱1505温度℃30由表5-10得，根据乙炔的质量流率计算乙炔的摩尔流率：317.9110304.2326FKmolh同理得：二氧化碳的摩尔流率：320.013100.3044FKmolh氮气的摩尔流率为：330.067102.3928FKmolh所以粗乙炔的总摩尔流率为：123F+304.23+0.30+2.39307.3810.00050.00110.00050.001FFFKmolh总乙炔、二氧化碳、氮气的摩尔组成分别为：乙炔：304.23100%98.98%307.38二氧化碳：0.30100%0.10%307.38氮气:%78.0%10038.30739.2由粗乙炔的技术规格表5-10知：磷化氢的摩尔组成取为0.05%，硫化氢的摩尔组成为0.1%，由此计算得到磷化氢的摩尔流率为：40.05%307.380.05%0.15FFKmolh总硫化氢的摩尔流率为：50.1%307.380.10%0.31FFKmolh总由以上数据计算得到，粗乙炔各组分的质量流率与组成，见表5-11：表5-11粗乙炔组成见下表组成数量(t/h)组成（Wt%）数量(kmol/h)组成（mol%）乙炔7.9198.80304.2398.97二氧化碳0.0130.160.300.10氮气0．0670.842.390.78磷化氢0.00510.060.150.05硫化氢0.0110.140.310.10总计8.006100307.38100清净剂次氯酸钠用料的计算：次氯酸钠是由氯气和氢氧化钠反应生成，是一种强氧化剂，能分解放出氧原子，将乙炔中的杂质磷化氢、硫化氢净化。设除去磷化氢消耗的次氯酸钠的量为xth，除去硫化氢消耗的次氯酸钠的量为yth。33444aaPHNClOHPONCl34474.50.0051x22444aaHSNClOHSONCl34474.50.0111y由此可得：X=0.045th，0.096yth那么消耗次氯酸钠的总量为：0.141xyth氢氧化钠与氯气用量的计算：设氢氧化钠用量为：mth，氯气用量为nth。222aaaNOHClNClNClOHO2407174.5mn0.141由此可得：m=0.15th，n=0.134th次氯酸钠中有效氯的成分为0.14135.574.50.067th（符合工业生产的要求）5、5反应器热量衡算表5-12相关物质物性参数表分子量M（g/m）ol沸点ot（℃）汽化潜热vH（J/mol）液相热溶L（J/mol）汽相热溶（kcal/kg.Co）乙炔26-84.00.469醋酸60118.0710392.2510384.10.35醋酸乙烯8672.5710157.3510926.10.291乙醛4420.85710483.2510400.10.412巴豆醛70102.2710446.3510688.10.40丙酮5856.29710956.2510388.1二氧化碳440.232氮气280.25水1810071008.4410559.70.458循环油1560.63备注：14.18KCalKJ丙酮汽相热容pC=0.1384JKmolK导热油的密度1.02/gh根据工艺条件的选择反应器入口气体温度140OC,反应温度（既出口温度）180OC。1、反应放出热量92.8622.18KJKcalmol反应热hKCalWWQ/104393.586/100018.22)1046.21055.23(86/18.221000)(633303112、气体从140Co升到180Co吸热为2Q(1)乙炔吸热量hkcaltcwq/108940.9)140180(1074.52469.0531(2)醋酸吸热量hkcaltcwq/108166.6)140180(1069.4835.0532(3醋酸乙烯吸热量hkcaltcwq/108634.2)140180(1046.2291.0433(4)氮气吸热量hkcaltcwq/1045.3)140180(1045.325.0434(5)乙醛吸热量hkcaltcwq/109117.1)140180(1016.1412.0435(6)巴豆醛吸热量hkcaltcwq/104.2)140180(1015.04.0336(7二氧化碳吸热量hkcaltcwq/100832.4)140180(1044.0232.0337(8)水蒸气吸热量hkcaltcwq/100456.6)140180(1033.0485.0338其它吸热可以忽略所以hkcalqQi